油改氣對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的影響淺析

廖星龍

摘 要：從油改氣也會對發(fā)動(dòng)機(jī)的性能產(chǎn)生一定的影響。燃燒天然氣會降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出。在高負(fù)荷或爬坡的情況下，油改氣的車輛顯得無力，甚至直接熄火。目前，國內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降的問題并不能得到很好地解決。只有調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的某些參數(shù)，使之與天然氣的物理化學(xué)特性相匹配，才能最大限度地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。

關(guān)鍵詞：油改氣;汽車發(fā)動(dòng)機(jī);影響;措施

1 油改氣的結(jié)構(gòu)和原理

（1）油改氣改裝結(jié)構(gòu)。油改氣汽車增設(shè)了一套燃?xì)庀到y(tǒng)，一般是將氣瓶放置在后備箱里面，相關(guān)外部部件包括：加氣閥、壓力傳感器、高壓接頭和配套管線、高壓管線及增壓器等。

供給內(nèi)部配件主要由燃?xì)飧邏弘姶砰y、三級組合式的減壓閥、熱交換器、節(jié)溫器、混合器、油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)、噴軌、氧傳感器等多個(gè)部件組成。

（2）油改氣改裝的工作原理。汽車在加氣站向儲氣罐中充入20-25Mpa的壓縮天然氣。天然氣中含有少量的雜質(zhì)，因此需要用天然氣過濾器過濾。同時(shí)，油改氣汽車ECU控制天然氣高壓電磁閥通電打開，將過濾后的天然氣輸送到三級高壓減壓器。高壓天然氣通過閥口進(jìn)入減壓器一級減壓腔，被大幅度減壓。根據(jù)氣體的化學(xué)性質(zhì)可知，氣體壓力突然巨幅降低，將導(dǎo)致氣體膨脹吸熱，可能使減壓器和附近的管線被凍住而發(fā)生的堵塞。為了防止結(jié)冰，在減壓器和混合器之間還裝有熱交換器，利用發(fā)動(dòng)機(jī)水循環(huán)系統(tǒng)的水對一級減壓后的天然氣進(jìn)行加熱。為了保證天然氣溫度的恒定，通常由安裝在缸蓋的節(jié)溫器對加熱水流量進(jìn)行調(diào)控。

天然氣在三級高壓減壓器內(nèi)降至低壓，經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)水的加熱，形成低壓適溫的天然氣。然后，油改氣汽車ECU通過空氣流量感應(yīng)器送出的信號，調(diào)節(jié)適量的天然氣進(jìn)入混合器與泵入的空氣混合。在混合器中天然氣與空氣混合一定的濃度后，達(dá)到最佳空燃比，最后進(jìn)入氣缸。混合氣在氣缸內(nèi)燃燒做工后，排氣管打開，排出廢氣。氧傳感器隨即測算出燃燒后廢氣的氧濃度。油改氣汽車ECU依照氧傳感器反饋回來的信號，通過改變?nèi)墱p壓調(diào)節(jié)器到混合器之間的低壓通道通過面積，來調(diào)控天然氣的流量，以使天然氣燃燒做功能夠達(dá)到最優(yōu)化。

2 油改氣對發(fā)動(dòng)機(jī)的影響

（1）動(dòng)力性。1）空燃比影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。由于天然氣是氣態(tài)燃料，占據(jù)一定的體積。而油改氣后發(fā)動(dòng)機(jī)還是原汽油機(jī)，氣缸體積不變，天然氣在進(jìn)氣時(shí)的體積占比大，會導(dǎo)致空氣的進(jìn)入量減少，使天然氣和空氣的混合氣的熱值比汽油低，導(dǎo)致天然氣燃燒后釋放的熱量比汽油燃燒后釋放的少。當(dāng)轉(zhuǎn)速不變的情況下，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃用天然氣的功率比汽油低。2）壓縮比影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的構(gòu)造決定發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，氣缸總?cè)莘e除以燃燒室容積即是發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比。在適當(dāng)范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比越大，燃料燃燒釋放的熱能就越高，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率也越高，發(fā)動(dòng)機(jī)熱能轉(zhuǎn)化成發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率也就越大。但是，發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比越大，燃料的抗爆性就會提早達(dá)到臨界點(diǎn)，活塞在到達(dá)最佳點(diǎn)火提前角之前，燃料就開始燃燒，而連桿仍舊帶動(dòng)活塞向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，燃燒所得的熱能把活塞往下推，兩種相反的力的作用，使得汽車車身抖動(dòng)，即發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生爆震。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比應(yīng)最大程度的與燃料的辛烷值相適應(yīng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒產(chǎn)生的熱能安全并且高效率的轉(zhuǎn)換成發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。天然氣的抗爆性很好，但是油改氣汽車發(fā)動(dòng)機(jī)還是原汽油機(jī)，這就意味著車子油改氣之后天然氣不能充分燃燒或者發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的熱能轉(zhuǎn)化成輸出功率的能力低。

（2）經(jīng)濟(jì)性。發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性是指發(fā)動(dòng)機(jī)所做的有用的功所消耗的能量的成本。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在有效熱效率上。

燃料燃燒釋放的熱能，經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部消耗后，轉(zhuǎn)化為發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出功。兩者之比是發(fā)動(dòng)機(jī)的有效熱效率。天然氣辛烷值高，抗爆性能好，適用于大壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，以氣代油的發(fā)動(dòng)機(jī)仍然是原來的汽油機(jī)，天然氣的優(yōu)勢還沒有得到充分發(fā)揮。天然氣的熱值很高，這意味著天然氣的能量相對較高。但與汽油相比，天然氣單位體積占有一定的空間，導(dǎo)致外界進(jìn)入的空氣較少，燃燒不足。因此，天然氣混合物的熱值不如汽油混合物高。因此，天然氣燃燒所釋放的熱量小于燃燒汽油所產(chǎn)生的熱量，因此天然氣的熱效率比汽油低，即燃燒等量的天然氣和汽油不能逃逸汽油。

（3）排放。排放是指發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放和噪音。在發(fā)動(dòng)機(jī)熱功率轉(zhuǎn)換過程中，因燃燒而污染環(huán)境的有害物質(zhì)的直接限量標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)動(dòng)機(jī)表面輻射的噪聲和發(fā)動(dòng)機(jī)孔排氣管排放到大氣環(huán)境中的有害物質(zhì)統(tǒng)稱為有害排放物。汽油機(jī)排放的有害氣體主要是一氧化碳、碳化氫和一氧化氮。燃燒天然氣的排放物是二氧化碳、一氧化碳和極少量的二氧化硫。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能，當(dāng)天然氣太多，空氣進(jìn)入較少時(shí)，天然氣不能充分燃燒，產(chǎn)生一氧化碳;當(dāng)混合氣太稀時(shí)，即天然氣含量較少，氧氣含量較多，天然氣充分燃燒，產(chǎn)生的產(chǎn)物不會對大氣造成危害，但會降低熱能。天然氣中含有雜質(zhì)，充分燃燒后會產(chǎn)生少量二氧化硫。天然氣燃燒后不會像汽油那樣產(chǎn)生氮氧化物。

汽車用油改為燃?xì)鈺r(shí)，為了與天然氣的理化性質(zhì)相匹配，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，使天然氣釋放出更多的熱能。然而，在燃用汽油時(shí)必然會引起爆燃或提前損壞發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，從而破壞發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境。而且，以氣代油后使用汽油時(shí)，汽油不能充分燃燒，空氣中會產(chǎn)生大量的氮氧化物等有害污染物。

3 油改氣問題的對策

（1）加裝高能點(diǎn)火線圈。油改氣汽車加裝點(diǎn)火提前器后，解決了天然氣燃燒速度慢的問題。同時(shí)，需要點(diǎn)火能量來點(diǎn)燃天然氣混合物。增加高能點(diǎn)火線圈可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。（2）進(jìn)氣增壓器的安裝。在天然氣混合物進(jìn)入鋼瓶之前，對混合物進(jìn)行加壓，使混合物的密度增大，從而提高單位混合物中的天然氣和氧氣。因此，天然氣的燃燒會釋放出更多的熱能，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。（3）提高天然氣活性。天然氣性質(zhì)穩(wěn)定。與汽油一樣，它可以激活天然氣的活性，使天然氣中的碳原子發(fā)生裂變，降低天然氣的燃點(diǎn)，還可以提高天然氣的燃燒速度，達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的目的，對發(fā)動(dòng)機(jī)沒有危害。

4 結(jié)論

本文闡述了油氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理，分析了其動(dòng)力性能不足的真正原因和可能存在的排放問題。提出了增加高能點(diǎn)火線圈、進(jìn)氣增壓器和提高天然氣活度來提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的方法。由于目前以油代氣技術(shù)還不十分成熟，改裝技術(shù)也不統(tǒng)一，油改氣車輛各類事故頻發(fā)，維修難度大，使得相當(dāng)一部分車主從油改氣畏縮不前。另一方面，國家也鼓勵(lì)使用天然氣原車，油改氣技術(shù)面臨巨大挑戰(zhàn)。

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